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申请/专利权人：上海理工大学

摘要：本发明公开了一种适用于畜禽养殖废弃物处理的智能温控算法，包括以下步骤：步骤1，对粪污处理好氧发酵系统温控对象进行建模，得出好氧发酵系统温控对象的传递函数；步骤2，针对传递函数设计模糊PID智能温控算法；步骤3，对模糊PID智能温控算法进行仿真结果分析，并与常规PID算法仿真结果的输出曲线进行对比分析。本发明的目的首先是通过科学的分析，得出专门针对粪污好氧发酵温度变化过程即被控对象的一种较准确的传递函数，进而在此基础上设计一种自适应温度控制算法来快速调整PID参数，并满足好氧发酵过程中的温度控制精度，另外对发酵过程中可能涉及的多种温度变化需求，也能够具有良好的鲁棒普适性。

主权项：1.一种适用于畜禽养殖废弃物处理的智能温控算法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对粪污处理好氧发酵系统温控对象进行建模，得出所述好氧发酵系统温控对象的传递函数；步骤2，针对所述传递函数设计模糊PID智能温控算法；步骤3，对所述模糊PID智能温控算法进行仿真结果分析，并与常规PID算法仿真结果的输出曲线进行对比分析，其中，步骤1中，所述好氧发酵系统内的发酵仓的加热过程分为两个子阶段：子阶段1：外部可变电压加到电阻的两端后，产生热量使电阻外护结构的温度上升到T1℃；子阶段2：电阻装置产生的温升，通过传热层传导到所述发酵仓的内部，使所述发酵仓内温度上升到T2℃，步骤1中的所述建模过程根据两个所述子阶段进行，具体为：步骤1-1，针对所述子阶段1，在电阻的T1和输入电压U之间建立数学模型；步骤1-2，针对所述子阶段2，建立传感器测量的最终被加热对象与电阻外护套之间的关系模型；步骤1-3，基于所述数学模型和所述关系模型，建立所述发酵仓内所述最终被加热对象的所述温升与所述输入电压的关系模型，得到所述好氧发酵系统温控对象的传递函数，步骤2中包括以下子步骤：步骤2-1，设计模糊PID控制器，依据所述模糊PID控制器的控制规律以及经典PID的控制方法，确定相关模糊规则并建立模糊控制规则表；步骤2-2，利用所述模糊规则进行模糊推理，得到相应的PID参数，并将所述PID参数送至经典PID控制器，设计所述模糊PID智能温控算法，步骤1-1的具体过程为：在所述子阶段1的加热模型中，使用了以下几个变量： 根据热力学能量平衡的知识，所述子阶段1的热力学平衡方程如下： 由于电阻产生的热量与电阻两端控制电压的平方成正比，所以发热量Q与电压U是一个非线性的关系，在平衡点Qi,u0附近，通过线性化转换得到以下公式： 上述可变电压加到电阻两端，需要经过一定的延迟时间使得电阻部件升温，因此得到如下的增量微分方程，并加入了时滞环节，如公式3所示： 令上述方程可以转化为： 因此，电阻外护结构的温度变化Tr对电阻两端的控制电压u传递函数为： 步骤1-2的具体过程为：在所述子阶段2的热传导模型中，使用了以下变量，各变量的含义如下： 根据传到最终被加热对象的热量与流失到发酵罐外的热量之间的瞬时差，等于最终被加热对象温度的变化率，得到如下公式6： 认为ΔQ1与ΔT1成正比，即而散失到发酵罐外部的热量与最终被加热对象的温度之间的关系近似表示为：Q0＝εf·kf·δf·Af·Tout-Tf7可见7式是一个线性关系，在平衡点Tf,Q0附近可近似表达为： 将8代入6得到： 经过公式的变形和代入，可以得到10，同理，发酵仓内部考虑时滞环节： 使得σ＝RAf，上述方程可以转化为： 因此，最终发酵仓内的温度变化Tf对电阻外护套管的温度变化T1的传递函数为： 步骤1-3的具体过程为：故畜禽粪污处理中好氧发酵仓的温度模型是一个带双滞后环节的二阶惯性控制系统，具体如下： 使用飞升曲线法获取14式中数学模型的各系数值，最终得到发酵仓被控对象的传递函数为： 由14式可知，所述好氧发酵系统为二阶带滞后环节的系统，并且升温子阶段内各自的滞后时间和传递函数各不相同。

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